Arquitectura metodológica para la evaluación sistemática y la optimización funcional de materiales en procesos de bioimpresión 3D mediante la tecnología CELLINK BIO-X

Abstract

La bioimpresión 3D surge como respuesta a la creciente demanda de soluciones para la escasez de órganos y la falta de modelos fisiológicos realistas en investigación biomédica. A nivel global, más de 110,000 pacientes esperan un trasplante cada año y, en el contexto peruano, la tasa de donación es de solo 1.6 por millón de habitantes. A pesar del avance del hardware, la estandarización de biotintas sigue rezagada: predominan enfoques empíricos y pruebas ad-hoc que limitan la reproducibilidad y dificultan su transición hacia aplicaciones clínicas.Para abordar este vacío, esta tesis propone una arquitectura metodológica sistemática basada en la directriz VDI 2206 que permite evaluar el desempeño estructural de biotintas híbridas desde los parámetros operativos del propio sistema de impresión. Se diseñó un toolbox de hidrogeles (alginato, goma xantana, gelatina, quitosano y colágeno) evaluado mediante pruebas de extrudabilidad, fidelidad geométrica y estabilidad frente a colapso, integrando métricas como el índice de precisión relativa (PR) y el índice de desempeño estructural (IDE).La metodología permitió jerarquizar formulaciones de manera reproducible, identificando aquellas capaces de mantener estabilidad y fidelidad al imprimir modelos anatómicos complejos. Este enfoque complementa las técnicas reológicas convencionales y sienta las bases para optimizaciones futuras e integración de herramientas de inteligencia artificial en biofabricación.

Three-dimensional (3D) bioprinting by extrusion has emerged as a response to the growing need for solutions to organ shortages and the lack of physiologically relevant models in biomedical research. Globally, over 110,000 patients await organ transplants each year, while in Peru the donation rate is only 1.6 per million inhabitants. Despite hardware advances, bioink standardization remains limited: empirical approaches and ad-hoc tests prevail, restricting reproducibility and hindering translation to clinical applications.To address this gap, this thesis proposes a systematic methodological framework based on the VDI 2206 guideline to assess the structural performance of hybrid bioinks directly from operational printing parameters. A toolbox of hydrogels (alginate, xanthan gum, gelatin, chitosan, and collagen) was evaluated through tests of extrudability, geometric fidelity, and collapse stability, integrating metrics such as the printability ratio (PR) and the structural performance index (IDE).This methodology enabled reproducible ranking of formulations, identifying those capable of maintaining stability and fidelity when printing complex anatomical models. The proposed approach complements conventional rheological techniques and establishes a basis for future optimization and integration of artificial intelligence tools in biofabrication.